(57)【要約】【課題】半導体が有機半導体または酸化物半導体であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法において、生産効率が高く、簡便な工程で、かつ安定したゲート絶縁膜を有する薄膜トランジスタ７０の製造方法を提供する。【解決手段】以下の（１）から（５）の工程を具備することを特徴とする。（１）所定の第一の基板上に絶縁性の膜を製膜しゲート絶縁膜２０を形成する工程。（２）前記ゲート絶縁膜２０上にゲート電極３０を形成する工程。（３）前記ゲート絶縁膜２０およびゲート電極３０表面に第二の基板を貼り付ける工程。（４）前記ゲート絶縁膜２０およびゲート電極２０を前記第二の基板を支持体として第一の基板から引き剥がす工程。（５）前記ゲート絶縁膜２０上にソース・ドレイン電極５０および半導体材料６０を積層する工程。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体が有機半導体または酸化物半導体であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法において、以下の（１）から（５）の工程を具備することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法
（１）所定の第一の基板上に絶縁性の膜を製膜しゲート絶縁膜を形成する工程
（２）前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
（３）前記ゲート絶縁膜およびゲート電極表面に第二の基板を貼り付ける工程
（４）前記ゲート絶縁膜およびゲート電極を前記第二の基板を支持体として第一の基板から引き剥がす工程
（５）前記ゲート絶縁膜上にソース・ドレイン電極および半導体材料を積層する工程
【請求項２】
半導体が有機半導体または酸化物半導体であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法において、以下の（１）から（６）の工程を具備することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法
（１）所定の第一の基板上に絶縁性の膜を製膜しゲート絶縁膜を形成する工程
（２）前記ゲート絶縁膜上にソース・ドレイン電極および半導体層を形成する工程
（３）前記ゲート絶縁膜およびソース・ドレイン電極、半導体表面に第二の基板を貼り付ける工程
（４）前記ゲート絶縁膜およびソース・ドレイン電極、半導体表面を前記第二の基板を支持体として第一の基板から引き剥がす工程
（５）前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子ペーパーやＲＦＩＤタグ等の普及が注目され、その低価格化が求められている。これらにはトランジスタが必要である。しかし、現在のトランジスタ製造プロセスでは真空プロセスとフォトプロセスが必要であり、その製造コストは高い。このため、これらを現実のものとするには、従来のトランジスタよりも安価かつ大量に生産する必要がある。またフレキシブル基材上にトランジスタを形成することも求められている。
【０００３】
このため、有機トランジスタなど、印刷法のような低温プロセスを用いたトランジスタが注目されている（非特許文献１）。
【０００４】
以下に公知の文献を示す。
【非特許文献１】日経エレクトロニクス２００４年２月１６日号９３ページ〜１１３ページ
【非特許文献２】原崎勇次  コーティング方式  １２６ページ  槇書店  １９７９年刊
【０００５】
その理由は、低温での加工が可能であるので基材に樹脂フィルムを用いることが可能であること、すなわち半導体が有機物の場合は、これを溶媒に溶解した溶液を用い、印刷法等の湿式プロセスを用いた加工、半導体がある種の酸化物である場合にはマグネトロンスパッタ法等の室温での加工が可能だからである。
【０００６】
ここでそのトランジスタとして検討されているのは電界効果トランジスタである。すなわち、このトランジスタはゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極、そして半導体層から構成されている。
【０００７】
そのうち、トランジスタを構成するゲート絶縁膜を湿式プロセスで形成した研究例ではその材料としてポリビニルフェノールやポリイミドを用いたことが報告されている（非特許文献  加藤他  第６５回応用物理学会学術講演会  講演予稿集  ｐ．１１６８  ２００４年）。
【０００８】
このゲート絶縁膜は、厚さができるだけ薄いこと、望ましくは１ミクロン以下であり、かつピンホールのないことが求められる。
【０００９】
そして、一般的なトランジスタの製造工程では、あらかじめ形成されたゲート電極の上にゲート絶縁膜を形成するか、あるいは、あらかじめ形成されたソース・ドレイン電極および半導体層の上にゲート絶縁膜が形成される。
【００１０】
しかし、たとえばスクリーン印刷で印刷した銀ペーストを電極として用いた場合、その厚さは一般的には１０ミクロン程度以上であり、表面の凹凸も１ミクロン以上となることがある。したがって、その表面にピンホールなくゲート絶縁膜を形成するのは非常に困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はそのような課題の解決のためになされたものであり、生産効率が高く、簡便な工程で、かつ安定したゲート絶縁膜を有する有機トランジスタの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項第１の発明は、半導体が有機半導体または酸化物半導体であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法において、以下の（１）から（５）の工程を具備することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
（１）所定の第一の基板上に絶縁性の膜を製膜しゲート絶縁膜を形成する工程
（２）前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
（３）前記ゲート絶縁膜およびゲート電極表面に第二の基板を貼り付ける工程
（４）前記ゲート絶縁膜およびゲート電極を前記第二の基板を支持体として第一の基板から引き剥がす工程
（５）前記ゲート絶縁膜上にソース・ドレイン電極、半導体層を形成する工程
による薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【００１３】
なお、ソース・ドレイン電極、半導体層の積層の順番は原理的には定めはなく、半導体層を先に形成した場合はトップコンタクト構造とよばれるトランジスタが、ソース・ドレイン電極を先に形成した場合はボトムコンタクト構造と呼ばれるトランジスタがそれぞれ作製できる。
【００１４】
請求項第２の発明は、半導体が有機半導体または酸化物半導体であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法において、以下の（１）から（５）の工程を具備することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
（１）所定の第一の基板上に絶縁性の膜を製膜しゲート絶縁膜を形成する工程
（２）前記ゲート絶縁膜上にソース・ドレイン電極、半導体層を形成する工程。
（３）前記ゲート絶縁膜およびソース・ドレイン電極、半導体表面に第二の基板を貼り付ける工程
（４）前記ゲート絶縁膜およびソース・ドレイン電極、半導体表面を前記第二の基板を支持体として第一の基板から引き剥がす工程
（５）前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
による薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【００１５】
なお、ソース・ドレイン電極、半導体層の積層の順番は原理的には定めはなく、半導体層を先に形成した場合はトップコンタクト構造とよばれるトランジスタが、ソース・ドレイン電極を先に形成した場合はボトムコンタクト構造と呼ばれるトランジスタがそれぞれ作製できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ゲート絶縁膜はソース・ドレイン電極あるいはゲート電極の形成前に形成される。したがって、ゲート絶縁膜の硬化温度が基板の耐熱温度より高くても使用することができる。また、電極を印刷法で形成してもその表面の凹凸が問題とならないためフレキシブル基板上に簡単な工程で薄膜トランジスタを作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明では薄膜トランジスタを構成するゲート絶縁膜を最初に形成し、しかるのちゲート電極、ソース・ドレイン電極、半導体層を順次形成する。そして、プラスチック基板上にトランジスタを形成する場合でも、ゲート絶縁膜はそれとは異なる第一の基板上に形成するので、この第一の基板としてシリコンウエハやガラス等の耐熱性に優れる材質の基板を用いれば、ゲート絶縁膜の製膜温度の制限を事実上受けることがない。
【００１８】
また、あらかじめ形成されたゲート絶縁膜上に電極を形成するので、電極を印刷で形成してもゲート絶縁膜は電極表面の厚さや表面粗さの影響を受けない。
【００１９】
そして、第二の基板を支持体としてゲート絶縁膜を第一の基板から引き剥がすが、安定してこれを引き剥がすには第二の基板はフレキシブルである必要があり、これを実質的に薄膜トランジスタの基板となるので、自動的にフレキシブル基板に薄膜トランジスタが作製されることになる。
【００２０】
本発明でゲート絶縁膜の作製に用いた方法は、キャストコーティングと呼ばれる公知の技術を利用したものである。これは一般に平滑な表面が求められるときに用いられる加工方法であり、たとえば、鏡面加工したクロム等の所定の基板に樹脂溶液あるいは溶融した樹脂をダイコータやブレードコータなどを用いてその表面に塗布して、乾燥したのち剥離することにより表面の平滑なフィルムを得る方法である。
【００２１】
そして樹脂の塗布には、所定の樹脂溶液を塗布する方法（溶液キャスト法）、溶融した樹脂溶液を押出塗工する方法（溶融押出法）が知られており（非特許文献２）、本発明でも作製する膜の材質、膜厚に応じて適当な方法を用いることができる。
【００２２】
なお、この方法では製膜後のフィルムの剥離を容易にするために、樹脂が塗布される基板表面を化学処理する。たとえば鏡面仕上げしたクロム表面を酢酸や硫酸等処理して不活性な表面を形成する。あるいはシリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂、アルキド樹脂、長鎖アルキル基含有樹脂、フッ素樹脂あるいはこれらのナトリウム塩やステアリン酸、そしてシランカップリング剤として知られているケイ素化合物などによる剥離層を設けることもできる。
【００２３】
また、トランジスタを構成するそれ以外の要素、すなわちゲート電極、ソース・ドレイン電極、半導体層のそれぞれについては、公知の加工手段を用いることができる。
【００２４】
すなわちそれぞれを構成する材料をインキ化して、シリコーンゴム版、フレキソ版や樹脂凸版を用いた凸版印刷、グラビアシリンダーや平板状の彫刻版やエッチング版を用いた凹版印刷、あるいは水なし平版等を用いた平版印刷のような有版印刷、あるいはインクジェットやディスペンサを用いた無版印刷による加工手段を用いることができる。
【００２５】
また、作製されたトランジスタの用途等に応じて、これらゲート電極、ソース・ドレイン電極、半導体層を構成する材料をあらかじめスピンコートやダイコート、スプレーコート等の方法でコーティングしたのち、パターニング用のレジストを前記手段によりパターニングして所定のパターンを形成する方法も使用可能である。
【００２６】
また、現在報告されている有機トランジスタの研究例の多くがそうであるように、これらの電極・半導体を真空蒸着に代表されるドライプロセスを中心とした手段を前記印刷プロセスと組み合わせる、あるいはすべてこのようなドライプロセスで加工することももちろん可能である。したがって、半導体層には、ポリチオフェン誘導体ポリチエニレンビニレン誘導体、ポリアリルアミン誘導体、ポリアセチレン誘導体、アセン誘導体、オリゴチオフェン誘導体等、既知の有機半導体や、ＩｎＧａＺｎＯ系、ＩｎＧａＯ系、ＺｎＧａＯ系、ＩｎＺｎＯ系、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の酸化物半導体が使用可能である。
【実施例１】
【００２７】
第一の基板１０として鏡面研磨したステンレス板を用いた。剥離性向上のため、その表面にシリコーン離型剤（東芝シリコーン製  ＴＳＭ６２８１）の皮膜を形成した。表面に
ポリイミド前駆体（京セラケミカル製  ＫＥＭＩＴＩＴＥ  ＣＴ４１１２）をスピンコートしたのち１８０℃で加熱してトランジスタのゲート絶縁膜となるポリイミド膜２０を１ミクロンの厚さに製膜した（図１）。
【００２８】
次に、スクリーン印刷法により銀ペースト（アサヒ化学研究所  ＳＷ１１００−１）を用いて幅１００ミクロンのパターンを印刷して、１５０℃で加熱してゲート電極３０を形成した（図２）。
【００２９】
次に、第２の基板４０として粘着フィルム（日東電工製  ＴＰ３００）をラミネートして（図３）、これを用いてステンレス板からゲート絶縁膜およびゲート電極を引き剥がした。
【００３０】
次にゲート絶縁膜表面にスクリーン印刷法を用いて銀ペースト（アサヒ化学研究所  ＳＷ１１００−１）を用いて幅１００ミクロン、スペース５０ミクロンのパターンを印刷して、１５０℃で加熱してソース・ドレイン電極５０を形成した（図４）。
【００３１】
次に半導体溶液としてポリヘキシルチオフェン（アルドリッチ製）のクロロホルム溶液をマイクロピペットでソース・ドレイン電極上に滴下して乾燥させて半導体層６０を形成して有機トランジスタ７０を得た（図５）。その特性を測定したところ図６のような結果を得た。
【実施例２】
【００３２】
第一の基板１０として鏡面研磨したステンレス板を用いた。剥離性向上のため、その表面にシリコーン離型剤（東芝シリコーン製  TSM6281）の皮膜を形成した。その表面にポリイミド前駆体（京セラケミカル製  ＫＥＭＩＴＩＴＥ  ＣＴ４１１２）をスピンコートしたのち１８０℃で加熱してトランジスタのゲート絶縁膜２０となるポリイミド膜を形成した（図７）。
【００３３】
次に半導体溶液としてポリヘキシルチオフェン（アルドリッチ製）のクロロホルム溶液をマイクロピペットでソース・ドレイン電極上に滴下して乾燥させて半導体層６０を形成した（図８）。
【００３４】
次にスクリーン印刷法により銀ペースト（アサヒ化学研究所  ＳＷ１１００−１）を用いて幅１００ミクロン、スペース５０ミクロンのパターンを印刷して、１５０℃で加熱してソース・ドレイン電極５０を形成した（図９）。
【００３５】
次に、第２の基板４０として粘着フィルム（日東電工）をラミネートして（図１０）、ステンレス板からゲート絶縁膜およびゲート電極を引き剥がした（図１１）。
【００３６】
次に、スクリーン印刷法を用いて銀ペースト（アサヒ化学研究所  ＳＷ１１００−１）を用いて幅１００ミクロンのパターンを印刷して、１５０℃で加熱してゲート電極３０を形成して薄膜トランジスタ７０を得た。その特性を測定したところ図６のような結果を得た。
【実施例３】
【００３７】
第一の基板１０として鏡面研磨したステンレス板を用いた。剥離性向上のため、その表面にシリコーン離型剤（東芝シリコーン製  ＴＳＭ６２８１）の皮膜を形成した。表面にポリイミド前駆体（京セラケミカル製  ＫＥＭＩＴＩＴＥ  ＣＴ４１１２）をスピンコートしたのち１８０℃で加熱してトランジスタのゲート絶縁膜となるポリイミド膜２０を１ミクロンの厚さに製膜した（図１）。
【００３８】
次に、スクリーン印刷法により銀ペースト（アサヒ化学研究所  ＳＷ１１００−１）を用いて幅１００ミクロンのパターンを印刷して、１５０℃で加熱してゲート電極３０を形成した（図２）。
【００３９】
次に、第２の基板４０として粘着フィルム（日東電工製  ＴＰ３００）をラミネートして（図３）、これを用いてステンレス板からゲート絶縁膜およびゲート電極を引き剥がした。
【００４０】
次にゲート絶縁膜表面にスクリーン印刷法を用いてＩＴＯペースト（住友金属鉱山製Ｘ１０１Ｈ）を用いて幅１００ミクロン、スペース５０ミクロンのパターンを印刷して、１５０℃で加熱してソース・ドレイン電極５０を形成した（図４）。
【００４１】
次に半導体としてＩｎＧａＺｎＯ4をｒｆマグネトロンスパッタ法によりＡｒ＋Ｏ2の混合ガスをおよびシャドウマスクを用いて室温成膜することにより半導体層６０を形成して薄膜トランジスタ７０を得た（図５）。その特性を測定したところ図６のような結果を得た。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例にかかる有機トランジスタの電気特性を示す図である。
【図７】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施例にかかる工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０・・・第１の基板
２０・・・ゲート絶縁膜
３０・・・ゲート電極
４０・・・第２の基板
５０・・・ソース・ドレイン電極
６０・・・半導体層
７０・・・薄膜トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006245372.tif 000009
【図８】
2006245372.tif 000010
【図９】
2006245372.tif 000011
【図１０】
2006245372.tif 000012
【図１１】
2006245372.tif 000013
【図１２】
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